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BGL气化炉洁净煤技术生产燃料气

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扬州一怪 发表于 2018-8-15 18:17:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
当石油和天然气,特别是用作为化工厂的原料来替代煤炭时,煤炭的用量下降了,但在下滑了一段时期后煤炭的用量又急剧上升。这是因为煤炭的储量比石油和天然气的总储量大得多。由于石油、天然气的储量难以满足能量和原料不断增长的需求,所以煤炭的竞争力不断增加。燃煤发电在现有电厂中已得到广泛应用,并且由于供应充足且廉价,煤在新一代电厂和化工厂中的应用越来越普遍。
在过去25年中,与天然气相比,技术的发展增强了煤炭在效率和环境清洁方面的竞争力,其中许多技术是基于煤气化技术。煤气化技术不但为燃气轮机(CCGT)提供了一种经济可行的替代原料,而且为煤炭的许多应用提供了一种环境友好、高效的手段。

气化技术还可以用于加工其他原料,例如在一些地方,将廉价的或废弃的原料气化是一种有吸引力的选择。炼油行业广泛应用气化制氢以增加炼油厂废料如重质渣油和石油焦的价值。气化是将原料通常是煤炭或重油,与有限数量的氧气反应转化为合成气。合成气主要由一氧化碳(CO)和氢气(H2)组成。合成气可以用作燃料和许多化工过程的原料。大多数气化工艺可以将70%~90%煤的能量转化为合成气的能量。

应用

气化是所有工业用煤技术中最洁净的技术。在煤转化过程中生成的所有杂质。污染物都被集中到产品合成气中,可以通过工业气处理工艺轻易、安全地使其脱除。

气化耗水量仅是其他基于煤发电技术的30%~40%.另一方面,该工艺是一项成熟的技术,20世纪30年代投用以来得到了广泛应用,现在全世界正在运行的工业规模气化装置有400多套之多。

随着经验的积累、设计的发展和优化,煤气化正变得越来越廉价。它是捕获二氧化碳(CO2)成本最低的方法。煤中存在的所有碳几乎都被转化到合成气中,并且如果采用高压供氧的气化发生器,CO2会以高浓度存在,高浓度CO2的脱除要比低压燃料气中被大量过量燃烧空气稀释的CO2的脱除要相对容易和效率高。

煤转化技术己经被工业化应用于生产天然气、液体燃料和大量化学品。气化技术是目前可供使用的最好的煤制氢方法。

BGL技术的发展

Advantica煤气化技术的核心是British Gas Lurgi(BGL)液态排渣气化炉。作为英国气体研究和技术公司的直属公司,Advantica是BGL技术的专利商之一,并且同Envirotherm公司合作。BGL工艺作为生产替代天然气(SNG)工艺的第一阶段,是1974到1992年间在苏格兰法夫郡的Westfield研究中心开发的。20世纪70年代OPEC成立后,原油价格增长了4倍。英国燃气公司作为燃气供应商开始实施SNG项目,该项目的主要目的之一是保证英国燃气供应安全可靠,到20世纪90年代为工业化煤生产SNG工厂提供可靠的设计。BGL气化炉是鲁奇固态排渣气化炉的改进形式,当时是为提高低活性煤气化效率而开发的。其效率的提高是通过减少蒸汽/氧气比,使干灰融化形成熔渣而实现的。这要求对气化炉底部进行重新设计,以适应更高温度并且将产生的熔渣排走。相对原来的设计,该工艺的优点如下:

(1)煤转化成合成气效率较高;(2)处理能力高;(3)蒸汽消耗少;(4)氧气消耗较少;(5)产品气中CO2含量低;(6)可用低灰熔点煤作原料;(7)矿渣以不可沥滤的玻璃状透明固体而不是以灰分的形式离开过程。

操作原则

和鲁奇气化炉相似,BGL气化炉是移动床设计。煤被送入一台立式圆筒压力容器床层的顶部。气化剂、蒸汽和氧气从容器底部进入,使得合成气向上穿过煤床。它的优点是利用气化反应产生的多余热量干燥并抑制煤的挥发,这使BGL成为最高效的可用煤气化技术之一。

据称,其他形式液态排渣气化炉也得到了发展,有几种也实现了工业化,但它们在流态化设计方面都不同于BGL技术,BGL工艺能将氧气消耗量降低30%~40%,煤转化为合成气的效率提高10%~20%。

开发项目

Westfield气化站建于20世纪60年代初期,用来供应城市煤气产品,最初有4个直径为27米的鲁奇固态排渣气化炉。由于北海天然气在英国应用广泛,城市煤气产品在20世纪70年代中期停产。但是,该气化站被保留了下来,用于Westtield发展中心进行BGL技术开发和展示。

此开发和展示项目持续到1991年,这段时间内有18多万吨产于美国和英国的煤在Westfield气化站被气化。这代表了14300多小时的操作经验。建造了3个不同的BGL气化炉,操作压力为25-65bar,煤处理量为200-500吨/天。气化炉运转长达90天,证明气化炉各部件能够满足运转寿命和可靠性的要求;在Westfield,对多种类型的进料进行了试验,了解了进料的许多性质,并特别对美国和英国的电站燃料进行了试验。验证了该气化炉在处理量快速变化时的操作灵活性和处理量在:30%-110%范围内变化时实现稳定操作的情况气化炉对处理量的变化反应迅速,但对产品的热值仅有短暂微小的影响。煤的性质和灰分含量的波动对气化炉的操作影响很小,气体的CV值和产量保持稳定。备用气化炉冷态启动需要8个小时,热态备用状态可长达16个小时,此期间恢复生产仅需l0分钟。在这个阶段,部分合成气传输给一个发电并将电输送到国家电网的27 MW Rolls-Royce SKI0燃气逐平。

合成气制甲醇

到20世纪90年代,该开发项目的主要目标已经达到,但当时因有大量的天然气供应意味着气化技术的发展受到限制。Westfield开发中心关闭,也不再开展进一步的工业煤气化工作。随后与BritishGas的合并意味着BGL工艺的工业化不会得到进一步发展。尽管如此,一个工业项目,内径:3.6米的气化炉,在德国Dresden附近的SVZ Schwarze Pumpe建成。

这个工厂2000年开工,一直运行到2007年中期。该气化炉用来处理20%煤和80%废料的混合进料,产生的合成气用于发电和作为生产甲醇的原料。如果处理煤,该工厂将达到或超过它的所有设计参数,与Westfield的小气化炉相比,气化效率提高。

最近煤的消耗量显著增加。据2008年6月出版的‘BP世界能源统计评估”,最近5年以煤为燃料的应用保持了最快的增长,而且最近6年由于油气价格升高,煤耗量在总能源消耗中的份额也在一直增加。

在煤耗量不断增长的国家中,尤其是中国和印度,由于经济快速发展和油气资源有限,一直重视于煤的应用。在欧洲,耗气量与本地产气量之间的不平衡不断加剧,因此更加依赖天然气进口(从俄罗斯管输或进口液化天然气),同时能量成本和供应安全的问题成为一个焦点。在美国,伴随着降低进口能源依存度的要求及近年来天然气价格的上下波动,使人们重新关注将国内的煤用于发电和转化为运输燃料或替代天然气。

对能满足这些需求的煤气化技术兴趣的不断增加,使得对BGL气化炉的咨询也相应增加,所以Advantica重新组建了一个煤气化团队来满足对该项技术信后、的要求、促进和发展,并且提供一个能够进行工艺设计和支持BGL气化项目的核心团队。

呼伦贝尔项目

2008年6月,Advantica与中国新鑫化工公司达成协议,为内蒙古呼伦贝尔的3个BGL气化炉提供专利技术和设计支持,这标志着BGL技术开始了一个新纪元。这个厂每天将生产290万立方米合成气,用于生产合成氨和尿素。工厂的原料是当地褐煤,加工前将褐煤干燥并压成块状以提高气化炉的生产能力和性能。

呼伦贝尔项目于2010年的完工并投入试运行。

South Heart能源项目(SHED)

South Heart能源项目是由GNPD和Allied Syngas合资开发的。GNPD和Allied Syngas是为这个项目增加战略价值的附属公司。Great Northern Properties Limited Partnership是GNPD的附属公司,拥有丰富的煤炭资源来为这个项目提供原料。Advantica和Envirotherm将为这个气化项目提供专利技术、工艺设计和相关的技术支持。

这个项目的原料是美国北达达科塔州的褐煤。将采用GTL能源公司的专有技术将煤压块,而后供给7个BGL气化炉,每天生产高达l亿标准立方英尺的管输天然气,该项目计划利用现有的设施将天然气输送到目的地。

这个项目能产生许多生产肥料的副产品,并可为当地的化工厂提供原料。这个项目也将被设计成能够收集产生的CO2,并将之注入枯竭的油田。在北达达科塔州及其附近区域的海下深层地层或页岩深层中封存。

这个项目的推进将基于环保方面的考虑,收集并储存CO2。这个气化厂的发展已超出了GNPD研究和规划的范围,GNPD原计划在同一地区建设一个以褐煤为燃料的发电厂。在此建设过程中,大家清楚地认识到生产替代天然气的煤气化项目是一个非常有吸引力的想法。(国际燃气网)


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